이 이야기를 왜 하냐고요? 맞습니다. 포스코가 올해 세계 제조업의 미래를 밝히는 ‘등대공장’ 대열에 합류했습니다. 포스코 뉴스룸이 대한민국 유일 등대공장, 포스코의 스마트제철소를 소개합니다.

l 등대공장 포스코, 제조업의 길을 비춰드립니다

‘등대공장’이란 사물인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing), 빅데이터(Big Data), 인공지능(AI) 등 4차 산업혁명의 핵심기술을 활용해 세계 제조업의 미래를 이끌고 있는 공장을 말합니다. 마치 등대가 어두운 밤하늘에 불을 비춰 길을 안내하는 것처럼 말이죠.

포스코는 철강 본원 경쟁력 강화를 위해 5년간 꾸준히 스마트제철소 구축에 힘써왔습니다. 등대공장으로 선정되었다는 것은, 포스코가 미래형 스마트제철소로 거듭났음을 국제적으로 인정받았다는 것이죠. WEF의 등대공장 심사 절차는 신청서 제출부터 WEF 컨설턴트의 현장 실사, 서류 심사까지 길고 까다로운 과정을 거칩니다. 포스코의 경우 대략 1년의 시간이 소요되었습니다.

포스코는 특히 대학, 중소기업, 스타트업들과의 산학연 협력 생태계를 형성하고 철강산업 고유의 스마트팩토리 플랫폼을 구축하고 있다는 점을 높게 평가받았습니다. 실제로 WEF 컨설턴트는 현장 실사에서 복잡하고 거대한 용광로를 작업자의 노하우와 인공지능을 결합해 실시간으로 제어하는 모습을 보고 매우 큰 관심을 보였다고 합니다.

포스코를 포함해 전 세계에는 26곳의 등대공장이 있습니다. 대표적으로 지멘스, BMW, 존슨앤존슨, 하이얼 등이 있죠. 등대공장으로 선정되면 WEF에서 관리하는 ‘등대공장 협력 네트워크’에 참여할 수 있는 자격이 주어지는데요. 등대공장들은 세계의 스마트팩토리 기술을 선도하는 기업들이기 때문에, 이 네트워크를 통해 서로 간 경험을 공유하면서 제조업의 스마트화를 더욱 고도화할 수 있습니다. 포스코도 등대공장 대열에 합류함으로써 앞으로 세계 최고 수준의 스마트팩토리 기술을 다른 등대공장들과 함께 발전시켜 나가고, 철강에 특화된 스마트팩토리 구축에도 앞장설 예정입니다.

l 이토록 복잡한 제철공정, 그래서 포스코는 더 똑똑해지기로 했다

중후장대, 굴뚝공장. 제철소를 연상할 때 이런 단어를 떠올리는 분들도 많으실 겁니다. 쇳물을 만들어 틀에 넣고 굳혀서 굽고, 누르고 자르기만 하는 단순한 공정이 아니냐고요? 크게 보면 맞는 말이지만 제품 종류, 고객사의 요구 등 공정 하나하나마다의 복잡성은 언제나 풀기 어려운 난제였습니다. 그 복잡성을 극복하고 24시간 유연하게 제철소가 가동될 수 있는 건, 포스코의 51년 노하우 그리고 그 노하우가 몸에 밴 현장 기술자들 덕분이죠.

하지만 노하우는 사람마다 다릅니다. 사람이니까요. 어제의 나와 오늘의 나도 다른데, 만 명이 넘는 작업자가 어떻게 같을 수 있겠어요? 그래서 작업자들마다의 편차도 발생하고, 만들어진 제품의 품질도 다르게 됩니다. 너무나 복잡한 제철 공정 속, 조금씩 발생하는 ‘고질적 문제들’. 포스코는 이 문제들을 잡아야 했습니다. 공정별로 어떤 문제들이 있었는지 한 번 볼까요?

생산계획 : 포스코의 수주공정그룹은 제철소의 ‘뇌’ 역할을 하는 곳입니다. 이곳에서는 판매담당자들의 주문을 받아 이 제품이 언제, 어떻게 제조될 수 있는지를 계산합니다. 포항제철소에서 생산할지, 광양제철소에서 생산할지도 검토하고요. 특별 요구 사항이 있어서 시간이 오래 걸리는지도 봐야 하죠. 성분이 특이한 주문이라 다른 주문들과 함께 제조되기 어려운 건 아닌지도 따집니다. 고려해야 할 변수들이 수도 없이 많죠. 표준 절차만 10개 이상인데, 이 모든 단계가 통과되어야만 비로소 제철소에 ‘출강지시’를 할 수 있습니다.

제선 : 뉴스룸의 용광로 해부학을 보신 분이라면 ‘노황관리’라는 말이 기억나실 텐데요. 속을 알 수 없는 용광로 내부의 상황을 안정적으로 관리하는 거죠. 제선부는 24시간 용광로의 불을 끄지 않으면서 내부의 적정 온도를 유지하고, 연료와 원료를 더 정확하게 투입하고, 부생가스 발생량을 예측하는 등 미션이 많습니다.

제강, 연주 : 제강부는 용광로가 만들어낸 쇳물(용선)의 불순물을 전로로 제거하고 성분을 조정한 후 ‘강’으로 만들어, 틀에 붓고 슬라브, 빌렛, 블룸 같은 반제품을 만들죠. 용선마다 생산계획에 따른 목표 성분이 다르기 때문에, 최적의 배합으로 합금철을 만드는 것 필요합니다. 이를 위해 약 4단계의 취련(용선에 고압의 산소를 불어 넣어 불순문을 제거하는 작업)을 거치죠. 제강 정련을 마친 쇳물(용강)을 틀에 연속적으로 붓고 냉각시킨 후 절단까지 하는데요. 때문에 정확한 온도와 성분 조절, 버려지는 것 없이 가장 경제적인 절단 계산도 중요합니다.

압연 : 이제 담금질을 해야겠죠. 왕좌의 게임 같은 TV 드라마를 보시면, 대장장이들이 철을 더 단단히 하기 위해 계속 두드리는 걸 보셨을 겁니다. 제철소에서는 ‘압연’ 공정을 통해 담금질의 효과를 만들어내는데요. 회전하는 롤(Roll) 사이로 소재를 통과시키면서 힘을 줘, 두께와 폭을 고객 요구 조건에 맞추고 강재의 성질을 조정합니다. 고객이 요구한 강도, 인성, 크기를 모두 맞추어야 하기 때문에 소재마다 다른 조건의 정밀 제어를 해야 하죠. 빵을 10개 구우면서, 빵마다 크기, 바삭함, 짭짤함 모두를 다르게 만들어야 한다고 생각해보세요.

도금 : 자동차강판이나 가전강판들은 철판 위에 아연을 코팅해 내식성과 가공성 등을 확보합니다. 당연히 도금을 얼마나 정확히 코팅하는지가 기술의 관건이죠.

아무리 완벽을 기해도, 이토록 복잡한 제철공정 속에서는 셀 수 없이 많은 조건과 정보가 범람합니다. 때문에 작업자마다 편차가 발생하고, 의사결정이 달라질 수 있습니다. 포스코는 이 많은 고민들을 해결하기 위해 차세대 성장 엔진으로서 ‘스마트팩토리’를 택했습니다. 사실 스마트팩토리를 구축하기 위해선 공장들의 디지털화가 먼저 진행되어야 하는데요. 포스코는 이미 2000년대에 PI 프로젝트(Process Innovation Project)를 통해서 디지털화된 공장 구축을 완료하였습니다. 포스코의 ‘스마트팩토리’ 추진력이 남다른 이유는 이러한 기초 체력에 있다고 할 수 있죠. 디지털팩토리를 기반으로 만들어지고 있는 스마트팩토리, 그 중심에는 포스코의 고유의 철강 스마트팩토리 플랫폼인 ‘포스프레임’이 있습니다.

l 스마트제철소의 기반 엔진은 ‘포스프레임(PosFrame)’

포스코 스마트제철소의 기원을 찾아봤습니다. 국내외로 스마트 인더스트리 열풍이 본격적으로 불기 전인 2015년으로 거슬러 올라갑니다. 포스코는 광양 후판공장에 빅데이터를 포함한 신기술을 도입해 시범적으로 스마트팩토리를 추진했습니다. 이 과정에서 포스코 고유의 스마트 플랫폼인 ‘포스프레임(PosFrame)’의 초석이 만들어졌죠.

포스프레임을 이용하면, 포스코의 51년 축적 데이터를 한곳에 모아 통합 저장, 관리, 분석할 수 있는 환경이 구축됩니다. 이것이 기존의 ‘디지털화’와는 어떻게 다를까요?

포스프레임은 세계 최초의 연속 제조 공정용 스마트팩토리 플랫폼입니다. 포스프레임을 ‘플랫폼’이라 하는 이유는 마치 기차역에서 KTX, 새마을호, 무궁화호처럼 여러 종류의 기차들이 오고 가듯이 여러 공장에서 발생되는 서로 다른 특성을 가진 데이터들을 유기적으로 수집하여 저장하고 관리할 수 있는 시스템이기 때문입니다. 연속 공정이 생명인 제철소에 특화된 플랫폼이죠. 강철을 만드는 과정을 A부터 Z라고 가정했을 때, Z에서 발생한 불량의 원인을 A까지 추적해 잡아내는 것을 목표로 합니다.

또한 포스프레임은 정보를 데이터화하여 저장하는 ‘디지털화’에서 더 나아가, 이를 분석해 자동화 모델까지 개발할 수 있도록 합니다. 자동화 모델, 그런 건 전문가만 할 수 있는 거 아니냐고요? 포스프레임의 ‘워크벤치(Workbench)’라는 기능이 그런 고민을 해결해줬죠. 워크벤치는 프로그래밍을 모르는 현장 엔지니어들도 포스프레임에 수집된 데이터를 활용하여 빅데이터 분석을 할 수 있도록 돕습니다. 누구나 쉽게 쓸 수 있도록 구성된 워크벤치를 통해 현장 엔지니어들이 자신의 노하우와 데이터를 결합시켜, 공정 곳곳에 적용할 수 있는 자동화 모델을 개발하고 있습니다. 엔지니어들은 포스프레임이 모으고 정형화한 데이터 덕분에, 본인 담당의 공정뿐만 아니라 전후 공정의 정보도 분석할 수 있어 기존에 해결하기 어려웠던 문제들에도 접근하기 쉬워졌습니다.

포스프레임의 우수한 접근성은 포스코의 스마트팩토리 실현을 앞당겼습니다. 포스프레임을 통해 포스코 전 직원이 인공지능, 빅데이터 전문가처럼 일할 수 있죠. 포스코는 이를 위해 2017년부터 지속적으로 전 직원을 대상으로 스마트 기술 교육을 실시하고 있습니다. 교육을 통해 직원들은 자신의 능력을 한 단계씩 발전시켜 나가면서, 데이터 기반의 일하는 환경을 만들고 있습니다.

등대공장 포스코의 스마트제철소, 그 배경과 핵심 엔진을 소개해드렸는데요. 그럼, 진짜 스마트팩토리가 어떻게 움직이는지 보여드릴 차례죠. <[등대공장 특집] ② 스마트제철소, 무엇을 바꿨나? 제대로 밝혀보자 (사례 편)>에서 스마트제철소로 탈바꿈 중인 포스코의 모습을 공정 별로 하나하나 만나보시죠.

스마트제철소로의 도약은 포스코의 곳곳을 어떻게 진화시키고 있을까요? 손에 잡히지 않고 눈에 보이지 않기에 조금은 막연했던 ‘스마트제철소’라는 개념. 정확히 제철소를 어떻게 탈바꿈 시키고 있는지, 포스코 뉴스룸이 각 공정별로 소개해드립니다.

l 스마트제철소, 이렇게 달라졌습니다

앞서 설명드린 대로, 스마트제철소의 주요 골자는 이렇습니다. △포스프레임을 이용해 전 공장의 데이터를 수집하고, 정형화한다. △포스프레임이 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능 등 신기술을 이용해 데이터를 스스로 학습하여 최적의 공정 조건을 내놓고, 공장을 제어한다.

그렇게 되면 작업자들은 경험에 의존하는 의사 결정을 최소화하고, 휴먼 에러를 방지할 수 있습니다. 객관적이고 정확한 데이터가 그동안 인간이 미처 발견하지 못했던 문제 해결 방법을 도출해낼 수 있고요. 잠깐! 그럼 이제 사람이 할 일이 없어지는 거 아니냐고요? 섣부른 오해입니다. 작업자들은 단순 반복 업무는 기계에게 맡기고, 그간 쌓아온 제철 노하우를 이용해 99%의 완성도에서 1%의 부족함을 채우는 고도화 업무에 더욱 몰입할 수 있습니다. 그리고 그 결과물을 다시 포스프레임에 입력하고요. 기술과 인간의 궁극의 시너지를 도모할 수 있는 거죠.

그럼 스마트팩토리를 적용한 각 공정, 어떻게 달라졌는지 본격적으로 살펴보겠습니다.

[수주공정] 수작업하던 ‘소Lot’ 주문, AI가 예측하고 판단하자 소요시간 12시간에서 1시간으로

제철소 생산 계획을 담당하는 수주공정그룹. 그들의 시간을 가장 많이 뺏는 일 중 하나는, ‘소Lot’ 주문을 처리하는 것입니다. 소Lot란 강종별로 제철소에서 요구하는 최소 주문량에 미달되어 생산상 제약을 받는 주문을 말하는데요.

기존에는 주문이 오면, 주문 조건을 파악하고, 이를 ‘소Lot 기준’과 비교해서, 이 주문과 함께 작업할 수 있는 다른 주문이 있는지 일일이 확인했습니다. 기준은 직원이 수작업으로 만들어 두고 반기마다 갱신해주고요. 최악의 경우에는 너무 많은 주문 속에 소Lot 주문이 묻혀버리는 경우도 생겼습니다. 판매담당자나 수주담당자가 모든 주문을 일일이 확인해서 소Lot인지 아닌지도 걸러내야 했죠. 급한 주문인데 계속 소Lot로 분류되어 출강이 어려울 때는 어쩔 수 없이 다른 주문들에 합류할 수 있도록 주문 조건을 변경해야 하는데요. 여기에도 거의 6시간 이상 소요됩니다. 소Lot 처리에 드는 평균시간은 자그마치 12시간입니다.

이제는 인공지능이 자동으로 주문의 소Lot 여부를 판단해줍니다. 그간의 데이터를 분석해, 소Lot 주문에 영향을 주는 인자 12개를 도출해내고, 인공지능이 스스로 주문을 판단할 수 있도록 학습시켰죠. 그 정확도는 97%에 이른다고 하네요. 또한 소Lot 주문이 다른 주문들과 함께 원가 낭비 없이 최적으로 제작될 수 있도록 설계 사이즈를 예측하는 것도 정확도가 99.99%입니다. 이제는 시간이 얼마나 걸릴까요? 단 1시간입니다.

[제선] 국가핵심기술! 스마트고로, 육안으로 확인하던 것이 데이터가 되어 자동으로

용광로의 통기성, 연소성, 용선 온도, 출선량… 이 모든 걸 어떻게 예측하고 관리할 수 있을까요? 과거에는 작업자가 일일이 쇳물의 온도를 2시간마다 체크하고, 연원료를 샘플링해 상태를 확인하는 등 모든 게 수작업이었습니다. 이제는, 인공지능이 스스로 확인하고 상태를 제어까지 합니다!

포항제철소 제선부는 이를 위해 우선 용광로 상태를 결정짓는 변수를 정의하고, 서로 다른 정보들의 모양을 하나로 통일시켰습니다. 전문용어로 ‘데이터를 정형화했다’고 하죠. 작업자들의 경험에 따라 다르게 관리해오던 지표들을 하나로 정리해, 스마트팩토리 기술로 수작업들을 자동화했습니다. 이제 쇳물의 온도는 사물인터넷이 데이터화하고, 고화질 카메라가 연원료의 상태를 알아서 확인합니다.

2017년부터는 본격적으로 제동제어 시스템을 구축했는데요. 딥러닝을 이용해 인공지능이 데이터를 학습하여 예측하고 관리할 수 있도록 만들었습니다. 단순히 현재의 필요 작업을 자동으로 해주는 단계를 넘어, 앞으로의 변수를 예측하고 제어해 최적의 결괏값을 도출해내는 겁니다. 오늘 노황이 좋다고 해서 끝이 아니라는 거죠. 내일의 노황도 최적의 상태가 되도록 ‘스마트고로’는 스스로 제어합니다. 이 기술이 최초로 적용된 포항 2고로가 하루에 만들어내는 쇳물의 양은 240톤 늘었습니다. 스마트고로 기술은 올해 7월, 우리나라의 국가핵심기술로 지정되기도 했답니다.

[제강] 대한민국에 KTX가 있다면, 포스코 제강에는 PTX(Posco sTeelmaking eXpress)가!

제강은 약 1,650℃의 고온에서 작업이 이루어지기 때문에 실시간으로 온도 측정이 어렵고, 성분 제어도 복잡해 작업자의 경험과 노하우가 중요했습니다. 즉, 작업자에 따라 미세하게나마 편차가 발생할 수밖에 없었죠. 연속 공정 중간에 이상이 발생하면, 앞뒤 공정 모두를 멈추고 점검이 필요하기도 했습니다.

포항제철소 2제강공장은 전로부터 연주까지의 타이밍과 온도, 성분을 제어하는 통합 제어 시스템을 개발했습니다. 생산 제품별로 대표적 경우의 수를 산출해보니 12만 5,000개의 공정이 나왔는데요. 이를 모두 디지털화 및 정형화하고, 2018년 7월 PTX 시스템 개발을 완료했죠. PTX 시스템을 이용하면, 전로부터 연주까지 멈춤과 지연 없이 연속 공정이 가능해집니다. 주요 공정별로 도착 시간과 온도, 성분을 실시간 확인할 수 있죠. 마치 KTX가 정확히 매 역에 도착하고 승객을 태우는 것처럼요. PTX는 용선의 온도와 성분, 원료가 달라도 조건에 맞게 인공지능이 학습하도록 설계되어 있습니다. PTX 도입 전 제강부의 온도 적중률은 80% 수준이었지만, 이제는 90% 이상입니다. 원료 사용량도 60%나 줄었습니다.

[연주] 표면품질, 더 빨리 한 번에 예측하고 연간 6억 원 절감

품질 관리는 매우 중요한 과제 중 하나입니다. 하지만 셀 수 없이 많은 소재들을 매일같이 모두 검사할 수는 없었죠. 때문에 포스코는 함께 출강된 소재들 중, ‘대표소재’를 선정해 그 소재만 의무적으로 100% 표면검사를 했습니다. 그리고 그 대표소재에서 이상이 감지되면 해당 소재와 같이 출강된 다른 소재들을 모두 회수하여 검사했죠. 포항제철소 2, 4연주공장은 연간 34만 톤의 대표 소재를 검사했는데, 실제 결함은 단 3만 톤에 그쳤습니다.

이 낭비를 없애기 위해 인공지능을 적용시켰습니다. 제강, 연주의 방대한 데이터를 수합해 인공지능이 학습할 수 있도록 하고, 품질 이상에 대한 기준을 만들어 결함을 예측할 수 있는 모델을 구축했습니다. 2018년 3월부터 시스템을 적용한 결과, 이제는 시스템이 결함 있는 소재만 선별해주기 때문에 불필요한 검사를 할 필요가 없어졌습니다. 더욱이 결함의 발생 이유까지 알려주죠. 이는 연간 약 6억 원 이상의 원가절감 효과를 가져다줄 것으로 기대됩니다.

[압연] 후판 평탄도, 상관관계 분석해서 스스로 제어

후판 제품은 슬라브를 1차로 가열해, 두 번의 압연을 거칩니다. 그 후 고객 요구에 따라 TMCP(Thermo-Mechanical Control Process)라는 가속냉각 처리를 하게 되는데요. TMCP는 강판에 고속의 물을 분사해서 일정 온도까지 급속 냉각시켜 강도를 향상시키고 용접성을 좋게 하는 방법입니다. 특수 설비가 필요하고, 물을 분사하는 기술이 고난도이기 때문에 정확히 제어하지 않으면 평탄도 불량률(표면이 평탄하지 않은 제품 비율)이 높아지는 공정입니다.

과거에는 후판재의 평탄도를 TMCP 처리 후 뜨거울 때 한 번(열간평탄도), 이후 전단 과정에서 차가울 때 한 번(냉간평탄도), 총 두 번 수작업으로 분석했습니다. 당연히 시간이 오래 걸리는 작업이었죠. 열간평탄도와 냉간평탄도의 상관관계를 매번 분석하다 보니 과부하가 걸리고, 그 결과를 작업자가 하나하나 입력하면서 TMCP를 제어하는 것이 쉽지 않았습니다.

광양제철소 후판공장은 열간평탄도의 인자와 냉간평탄도의 인자를 데이터화하고 빅데이터로 분석해, 학습 모델을 만들었습니다. 어떤 조건일 때 최적의 평탄 품질이 나오는지 말이죠. 이제 작업자는 인공지능이 산출해 낸 최적의 작업조건값을 모니터링하고 공정에 이상이 없는지 확인하면 됩니다. 과거처럼 제품마다 하나하나 제어값을 입력하지 않아도 되죠. 원가절감은요? TMCP 공정을 거친 제품의 교정률이 50% 저감됐습니다. 이는 1년에 약 13억 원을 절약할 수 있는 양입니다.

[도금] 인공지능 초정밀 도금 제어 기술도 국가핵심기술로!

CGL은 Continuous Galvanizing Line의 약자로, 냉간압연된 코일을 연속으로 열처리하고, 용융아연 욕조(Zinc Pot)에 담가 아연으로 도금한 아연도금강판을 생산하는 공정입니다. 포스코의 ‘기가스틸’도 이 CGL을 통해 탄생하죠. 욕조에서 꺼낸 후 강판 표면에 응고되기 전의 아연을 Air knife가 미세하게 깎아내어 도금량을 제어하는데요. 강판 사용 목적에 따라 목표 도금량이 다양하고, Air knife를 거치고 아연이 응고된 후에나 도금량을 측정할 수 있기 때문에 실시간으로 제어성능을 확보하는 것이 어려웠습니다.

이를 해결하기 위해 개발된 포스코의 인공지능 초정밀 도금 제어 기술은, 딥러닝을 이용해 제품의 강종, 두께, 폭, 조업조건과 목표도금량을 스스로 학습해 정확히 제어합니다. 기존에는 89% 수준의 도금량 제어 적중률이 이제는 99% 이상을 웃돌고 있죠. 이 기술은 포항, 광양제철소 모든 도금공장에 적용 완료되었고, 역시 우리나라 ‘국가핵심기술’로 등재되어 있습니다.

l 안전도 진보하는 스마트 제철소

정말 스마트한 제철소는 작업자의 안전과 환경까지 책임지는 작업장입니다. 포스코는 이 부분도 놓치지 않았습니다. 포스코는 스마트CCTV를 개발하여 사용하고 있는데요. 포스코가 개발한 스마트CCTV는 녹화만 하는 일반 CCTV와 달리, 제철소 현장의 특정 문자, 형상, 움직임 등을 자동으로 감지합니다. 그리고 수집한 정보에서 이상이 감지되면 관리자에게 알려주는 지능형 CCTV죠. 기존 CCTV가 갖고 있는 문자인식, 형상인식 등 해석 기술에 포스코의 철강 도메인인 조업상황, 설비형상 등을 결합시켜 제철소에 최적화된 CCTV로 발전시켰습니다. 포스코는 작년부터 광양 3도금, 2제강, 1코크스, 포항 2후판 공장에 스마트CCTV를 적용하기 시작했는데요.

스마트CCTV를 활용하면 작업자가 일일이 육안으로 확인해야 했던 조업, 품질, 안전 정보를 시스템이 영상으로 자동 인식하고 분석해 알려주기 때문에 작업 대기시간을 대폭 줄일 수 있고 품질 향상에도 효과적입니다. 예를 들면 제강공장에서는 전로의 용강 온도를 열화상 카메라가 사람 대신 측정할 수 있죠. 도금부에서는 육안으로는 쉽게 구분하기 어려운 Coil 제품 끝 단면의 미묘한 색상 차이를 CCTV로 확인해 품질 불량에 대해 조기 대응이 가능합니다.

더불어 열화상 등 다중 영상 장치로 화재 위험을 사전에 감지해 예방할 수도 있습니다. 제철소 전반에 걸쳐 설비, 품질, 물류, 안전 분야에서 스마트CCTV가 사람보다 더 빨리, 정확하게 정보를 수집하고 문제점을 잡아낼 수 있게 됩니다.

포스코의 스마트과제를 통한 스마트제철소 구축은 지금도 현재 진행형입니다. 기존 기술로는 해결하기 어려웠던 고질적 문제를 풀어나가고, 미래에는 설비 상태가 예지되고 자동으로 제어되어 생산과 품질, 안전 모두가 확보되는 스마트제철소의 완성을 꿈꾸고 있습니다.

그리고 등대공장으로써, 우리나라 제조업의 길을 비추기 위한 노력도 아끼지 않고 있는데요. 등대공장 특집 마지막 편 <[등대공장 특집] ③ 포스코와 함께 중소기업도 스마트해집니다>에서는, 포스코의 스마트팩토리 기술로 중소기업과의 상생을 도모하는 ‘스마트팩토리 지원사업’의 현장을 찾아 떠나봅니다.

| 선박엔진부품 재생 수리 40년 명맥 이어온 ㈜종합폴스타, 우리도 스마트팩토리가 되어보자!

부산 강서구에 위치한 ㈜종합폴스타는 1980년 12월 창립했습니다. 주요 사업은 선박엔진부품 재생 수리.  특수용접 기술을 필두로 MAN B&W, Wartsila, Japan Engine 등 국내외 유명 선사로부터 기술인증을 획득하여 거래하고 있습니다. 창립 초기부터 특수용접 공법 기술을 연구하던 자체연구소를 한국산업기술진흥협회(KOITA) 인증 부설기술연구소로 등록하고, 재료연구소(KIMS), 한국해양대학교(KMOU) 등과 가족회사 협약을 체결하는 등 미래 먹거리를 위한 R&D 사업을 추진하고 새로운 용접기술 개발 및 신규 사업 진출 또한 모색 중입니다.

40년 가까이 명맥을 이어온 ㈜종합폴스타는 2016년 기업의 변화를 위한 방법을 찾기 시작했습니다. 주요 수입원인 재생수리사업 분야는 소량다품종 노동집약적 생산방식으로, 높은 기술력과 품질을 인정받아 160여 개의 국내외 주요 선사 거래처와 계약을 맺어왔습니다. 하지만 다양한 휴먼에러와 수작업 방식의 공정관리는 생산성 향상을 막는 큰 장애물이자, 해결하기 어려운 숙제였습니다.

스마트공장으로 개선하기 전 ㈜종합폴스타의 일반적 업무공정구조를 살펴보면 이렇습니다.

재생 수리가 필요한 선박 엔진 부품이 공장으로 들어오면 부품별 작업공정표와 작업지시서를 작성해 출력 후 현장 작업자에게 배포합니다. 공정관리는 관리자 1명이 수시로 종이 작업 지시서를 들고 현장 순회하며, 각 작업자의 공정 상태를 파악하고 스케줄을 일일이 확인하죠. 이때 문제점은 선박 엔진 부품의 종류와 손상 정도에 대한 경우의 수가 무수히 많다는 것인데요. 공장에서 다루는 엔진의 수만해도 수백 개로, 같은 모양의 엔진이어도 수리 범위와 공식이 다르고 그 손상 상태에 따라 각양각색으로 분류됩니다.

선박 스케줄 또한 천차만별입니다. 선사 특성상 입항 시기를 조율할 수 없으며, 빠르게는 반나절 만에 재생 수리를 거쳐 다시 납품해야 하는 경우도 있습니다. 거래 선사와의 약속을 지키기 위해서는 공정 관리를 보다 철저히 해야 하는 것이죠.

이런 상황에서 스마트팩토리 도입 전 ㈜종합폴스타는 여러 문제점을 발견했습니다. 작업공정 및 작업지시 누락으로 납품 지연 문제가 발생했고, 영업-생산 부서 간 작업 진행 현황에 대한 실시간 정보 공유가 부족했으며, ERP 데이터 입력에 많은 시간이 필요했습니다. 작업자 간 업무 인수인계부터 일정 조율 등 업무 효율성에 있어 공장 스마트화가 필요해진 것입니다.

| 포스코와 함께 시작한 스마트팩토리, 이렇게 가능했습니다

포스코와 ㈜종합폴스타의 인연은 2016년으로 거슬러 올라갑니다. 당시 종합폴스타에서는 회사의 변화를 위한 방법을 모색 중이었는데요. 그 시점에 대한상공회의소를 통해 포스코인재창조원과 인연이 닿아 QSS산업혁신운동을 추진하게 됐습니다. QSS(Quick Six Sigma)란 현장의 설비와 업무를 대상으로 품질(Quality), 안정성(Stability), 안전(Safety)을 극대화시킬 수 있는 방법을 찾아 개선하는 포스코 고유의 현장 혁신 방법입니다. 그렇게 순차적으로 QSS(I)과 QSS(II) 혁신활동을 수행하던 중 포스코에서 종합폴스타 측에 스마트팩토리 구축 사업에도 참여해볼 것을 권유하여 스마트팩토리 구축 프로젝트를 시작하게 됐습니다.

스마트팩토리 구축 작업을 시작하여 사업신청부터 완료보고까지 걸린 기간은 약 1년 6개월. 1차(2017년 12월~2018년 12월), 2차(2018년 12월~2019년 3월)까지 사업을 추진하는 동안 적잖은 어려움도 있었습니다. 스마트 기기를 만지는 것 자체에 거부감을 느끼는 고령의 직원도 있었고, 소량다품종의 부품을 표준화하는 작업도 만만치 않았죠.

포스코는 먼저 스마트팩토리 시스템 구축 컨설팅에 돌입했습니다. 먼저 1차 사업에서는 사업계획서 작성부터 완료 보고까지의 서류작성, 부품별 수리작업공정을 표준화하기 위한 작업공정표 개발 컨설팅, QR코드 접목 방법 및 가성비 높은 스마트팩토리 시스템 구축 전면에 대한 코칭을 진행했습니다. 2차 사업에서는 스마트팩토리에 대한 이해 부족으로 놓쳤던 생산공정, 외주공정 및 납기공정을 보완하고, MES 전용 서버를 구비하여 기존 ERP와 MES 서버가 독립된 서버 체계로 운영될 수 있도록 컨설팅했습니다.

| 아날로그 팩토리가 이렇게 ‘스마트’해졌습니다

포스코와 함께 진행한 스마트팩토리 프로젝트에서 가장 큰 성과는 QR코드를 활용한 수리품 공정관리입니다. ㈜종합폴스타에는 전세계 160여개 선사 및 거래처로부터 선박 엔진의 재생수리품 및 신조품이 매일 수십 개씩 공장에 입출고됩니다. 동일 브랜드의 동일 유형 부품이 여러 거래처 및 선박에서 입고되면, 이 부품들의 손상 정도에 따라 재생수리 범위를 확인하고 정확하게 식별하여 다양한 생산공정을 거친 후 해당 거래처 및 선박으로 다시 출고돼야 하죠.

입고와 동시에 제품에 대한 기본적 정보를 QR코드에 입력한 뒤 수십 개의 제품 각각에 이를 부착하는데요. QR코드로는 정확한 식별, 작업지시내용 확인, 작업공정 추적 및 위치파악이 가능합니다. 크기가 제각각이고 열처리가 필요한 제품 특성상 QR코드는 제품에 꼬리표처럼 부착합니다. 각 공정의 작업자들은 각자 무선 태블릿 PC를 가지고 QR코드를 인식해 입고 일자, 선사, 선박 타입, 수리 범위, 출고일자 등 제품의 상태를 실시간으로 파악할 수 있습니다.

이러한 시스템은 현재 진행 중인 수리공정을 실시간으로 확인할 수 있도록 돕고, 외주공정을 진행할 경우 외주출고 및 입고관리 등 생산공정관리시스템에 중요한 역할을 합니다. 덕분에 실시간으로 변하는 납기 및 공정진행사항에 대한 현장작업자와 관리자간 커뮤니케이션이 용이해졌고, 실시간 모니터링이 가능해짐에 따라 고객 대응 업무에서도 유용하게 활용되고 있습니다.

| “스마트팩토리 구축 후, 일은 편해지고 정확도는 올라갔죠” (종합폴스타 장희철 연구소장)

Q. 포스코와 함께 진행한 스마트팩토리 구축 사업을 통해 실제 업무에서 가장 달라진 것은 무엇인가요?
A. 모든 작업공정에는 작업지시서가 따라다녀야 합니다. 과거에는 각 제품마다 최소 3~4장의 종이 작업지시서가 필요했어요. 그런데 물건의 크기가 매우 다양하고 열처리도 필요하다 보니 종이 손상도도 발생하고 오류도 종종 있었죠. 그런데 태블릿으로 QR코드를 인식하면서 매우 간단해지고 정확도가 향상됐어요. 또한 작업 종료 후 선사와 거래처에 제출해야 할 방대한 양의 보고서 작성도 훨씬 간편해졌습니다.

Q. 포스코와 협력할 때 특히 인상 깊었던 점이 있었다고요?
A. 사실 처음 이 프로젝트를 시작할 때는 ‘QR코드로 입·출고 과정만 시스템화해도 좋겠다’고 생각했어요. 그런데 포스코에서 조금씩, 하나씩 해결해보자고 조언했죠. 그러다 보니 욕심이 생겨 모든 각 공정에 QR코드로 분석할 수 있는 시스템을 도입하자고 결정하게 됐어요. 다른 기업은 ‘빅데이터’, ‘AI’처럼 거창한 것 아니면 스마트라고 생각하지 않더라고요(웃음). 그런데 포스코에서는 협력사를 포함해 국내 다양한 중소기업을 지원해주면서도, 회사에 꼭 맞는 상생프로그램을 차별 없이 컨설팅해주니 특별하다고 생각했습니다.

Q. 그렇다면 ㈜종합폴스타가 스마트팩토리의 포문으로 QR코드 도입을 계획한 이유는 무엇인가요? 그 과정에서 포스코는 어떤 도움을 제공했나요?
A. 업무에 있어 가장 골치 아팠던 문제는 각 제품과 공정간 경우의 수가 너무 많다는 것이었어요. 이를 해결하기 위해서는 공정을 표준화해야 했고, 이를 인식할 수 있는 최적의 시스템으로 QR코드를 도입하게 된 것이죠. 그런데 표준화하는 과정에서도 포스코의 지원이 없었으면 힘들었을 것입니다. 사업신청에서 완료보고까지, 파트너사와 문제가 발생하거나 사업 진행에 있어 어려울 때마다 현장으로 직접 나와 맥을 짚어주고 해결해줬죠. 특히 2차 사업 시 MES 전용서버가 새로 구비되어 향후 지속적으로 고도화 사업을 진행할 수 있도록 발판을 마련해주어 큰 도움이 됐어요.

Q. 스마트팩토리 구축을 추진하면서 가장 어려웠던 부분은 무엇이며 이를 어떻게 해결했는지 궁금합니다.
A. 작업자 중에는 연세가 70세가 넘은 분도 있고, 심지어 아직 2G폰을 쓰는 분도 있는데요. 어떻게 하면 모두에게 친근하게 다가갈 수 있을지 고민했습니다. 처음엔 반발이 많았던 것도 사실입니다. 그래서 가장 쉽고 간편하게 활용할 수 있도록 프로그램과 장비를 갖췄어요. 처음에 컴퓨터 켜고 끄는 것만 할 수 있으면 된다고 약속했었거든요(웃음). 그리고 지금은 업무효율이 향상되면서 여가 시간도 많이 늘어서 대부분 만족하는 상태입니다. 앞으로도 하나씩 단계적으로 스마트팩토리를 구축해 나가며 근무환경을 개선하고 생산성을 향상시켜 경쟁력 있는 지속 가능한 기업 경영을 할 계획입니다.

Q. 마지막으로 포스코 스마트팩토리 구축 프로젝트를 통해 깨달은 점이나 ‘상생형 스마트공장 구축지원 사업’에 대해 하고 싶은 말이 있다면?
A. 당사와 같은 중소기업이 대기업의 지원사업을 신청할 때 가장 어려운 점은 사업계획서 같은 서류작성입니다. 문제가 있어도 이것을 어떻게 문서로 표현하고, 어디에 도움을 구해야할지 막막하죠. 포스코는 현장실사를 통해 무엇을 하고 싶어하는지 의도를 파악하고, 사업 참여가 가능하도록 꼼꼼히 기술적 지원을 제공해줬어요. 이런 기회를 얻은 덕분에 대부분이 회의적이라고 생각했던 노동집약적 소량다품종의 재생 수리 사업 분야의 작업공정 표준화를 개발할 수 있었고 당사 실정에 맞는 스마트팩토리 시스템을 성공적으로 구축할 수 있었습니다.

앞으로도 ‘상생형 스마트공장 구축지원 사업’이 별도의 프로그램 및 전산 인력을 유지할 경제적/인적 여력이 부족한 중소기업의 실정을 감안하고, 경쟁력 있는 시스템을 구축할 수 있는 기회를 제공해주셨으면 하는 바람입니다. 끝으로 뜨거운 관심과 애정으로 도움을 주신 포스코 동반성장그룹의 김종말 과장님과 인재창조원 이인태팀장님, 이승재 교수님께 감사인사를 드리고 싶습니다.

‘스마트팩토리’라는 말, 거창하게 들릴지도 모르겠습니다. 뉴스룸이 만나본 종합폴스타의 임직원들은 이렇게 말했습니다. “중소기업에게 있어서는 기본 OS 체제만이라도 정확히 갖추어지면 경쟁력의 절반은 달성한 거다”라고요. ㈜종합폴스타는 등대공장 포스코와 함께 스마트팩토리로의 첫걸음에 성공했습니다. 중소기업과도 더불어 함께 발전하는 포스코의 등대공장 역할을 앞으로도 기대해주세요!

※ 포스코 스마트공장지원사업 신청 바로가기 (수시접수)